第19讲多谐振荡器和单稳态触发器
单稳态触发器
单稳态触发器特点：电路有一个稳态、一个暂稳态。
在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。
暂稳态不能长久保持，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。
暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。
单稳态触发器的这些特点被广泛地应用于脉冲波形的变换与延时中。
一、门电路组成的微分型单稳态触发器1. 电路组成及工作原理微分型单稳态触发器可由与非门或或非门电路构成，如下图。
与基本RS触发器不同,(a)由与非门构成的微分型单稳态触发器 (b)由或非门构成的微分型单稳态触发图6.7微分型单稳态触发器构成单稳态触发器的两个逻辑门是由RC耦合的，由于RC电路为微分电路的形式，故称为微分型单稳态触发器。
下面以CMOS或非门构成的单稳态触发器为例，来说明它的工作原理。
⑴ 没有触发信号时，电路处于一种稳态没有触发信号时，为低电平。
由于门输入端经电阻R接至，因此为低电平; 的两个输入均为0，故输出为高电平，电容两端的电压接近0V，这是电路的“稳态”。
在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：, 。
⑵ 外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态当时，的输出由1 0，经电容C耦合，使,于是的输出v02 =1, 的高电平接至门的输入端，从而再次瞬间导致如下反馈过程：这样导通截至在瞬间完成。
此时，即使触发信号撤除（），由于的作用，仍维持低电平。
然而，电路的这种状态是不能长久保持的，故称之为暂稳态。
暂稳态时，，。
⑶ 电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态在暂稳态期间，电源经电阻R和门的导通工作管对电容C充电，随着充电时间的增加增加，升高，使时，电路发生下述正反馈过程（设此时触发器脉冲已消失）：迅速截止，很快导通，电路从暂稳态返回稳态。
, 。
暂稳态结束后，电容将通过电阻R放电，使C上的电压恢复到稳定状态时的初始值。
在整个过程中，电路各点工作波形如图6.8所示。
图6.8 微分型单稳态触发器各点工作波形2. 主要参数的计算(1) 输出脉冲宽度暂稳态的维持时间即输出脉冲宽度，可根据的波形进行计算。
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用
单稳态触发器与施密特触发器原理及应用1.单稳态触发器的原理：单稳态触发器，也称为单稳多谐振荡器，是一个能够在输入信号发生变化时，产生一个固定时间的输出脉冲的元件。
它有两个稳态，一个是触发态，另一个是稳定态。
在触发态时，输出保持一个较低的电平；在稳定态时，输出保持一个较高的电平。
当输入信号发生变化时，触发器进入触发态并产生一个固定宽度的输出脉冲，然后返回稳定态。
单稳态触发器的原理是通过RC电路的充放电过程实现的。
当输入信号变为高电平时，电容开始充电，直到电压达到了触发器的门限电压。
这时，触发器进入稳定态。
而当输入信号变为低电平时，电容开始放电，直到电压降到触发器的触发电平。
这时，触发器进入触发态并产生一个固定宽度的输出脉冲。
2.单稳态触发器的应用：-消抖器：将机械开关产生的抖动信号转换为一个稳定的输出信号。
-一次性多谐振荡器：使用单稳态触发器的稳定脉冲输出来控制多谐振荡器的频率，实现一个稳定的脉冲输出。
-电平传递：将一个短时脉冲信号转换为一个稳定的电平信号输出。
3.施密特触发器的原理：施密特触发器，又称为滞回比较器，是一种具有正反馈的比较器。
它的输入信号必须经过两个不同的阈值电平才能改变输出状态。
施密特触发器有两个稳态，一个是高稳态，另一个是低稳态。
当输入信号超过上阈值电平时，触发器从低稳态切换到高稳态；当输入信号低于下阈值电平时，触发器从高稳态切换到低稳态。
施密特触发器的原理是利用正反馈产生滞回特性。
当输入信号超过上阈值电平时，正反馈会加强这个变化，使得输出电平更快地从低电平切换到高电平。
而当输入信号降低到下阈值电平时，正反馈会加强这个变化，使得输出电平更快地从高电平切换到低电平。
4.施密特触发器的应用：施密特触发器常用于数字信号处理中的滤波和门控电路等应用。
具体应用包括：-模数转换器：将模拟信号转换为数字信号时，需要滤除输入信号中的噪声和抖动。
施密特触发器可以用来实现这个滤波功能。
-数字信号选择器：当多个数字信号输入时，施密特触发器可以用来实现对一些信号的优先级选择。
单稳态多谐振荡器工作原理
单稳态多谐振荡器工作原理一、引言单稳态多谐振荡器是一种常见的电路，它可以产生多个频率的信号，常用于电子音乐合成器、通信系统等领域。
本文将详细介绍单稳态多谐振荡器的工作原理。
二、基础概念1. 振荡器：指能够产生连续周期性信号的电路。
2. 单稳态：指一个电路在某种特定条件下只有两个稳定状态，即“开”和“关”。
3. 多谐振荡器：指能够产生多个频率的信号的振荡器。
三、单稳态多谐振荡器电路图及元件介绍单稳态多谐振荡器的电路图如下图所示：其中，R1、R2为电阻，C1为电容，Q1为NPN型晶体管。
四、工作原理1. 开关状态当Q1处于截止状态时，C1通过R2放电，同时R1带有一个高阻值。
此时Q1处于断开状态。
当输入脉冲到达时，在C1上形成了一个瞬间的正脉冲。
这个正脉冲使得Q1进入饱和状态，并且从集电极流出电流，使得C1充电，同时R1的阻值降低。
当C1充电到足够的电压时，Q1进入截止状态，同时C1通过R2放电。
2. 多谐振荡当Q1处于截止状态时，C1通过R2放电。
在这个过程中，C1的电压逐渐减小直到达到一个阈值。
在达到这个阈值之前，R1的阻值很高，但是在达到这个阈值之后，R1的阻值会急剧下降。
此时，在C1上会产生一个瞬间的负脉冲。
这个负脉冲使得Q1进入饱和状态，并且从集电极流出电流，使得C1充电，并且产生一个正脉冲。
同时，在R1上产生了一个瞬间的负脉冲。
这个负脉冲被放大并且反相输出到输入端口。
因此，在输入端口上形成了一个正脉冲。
这个正脉冲又会重复上述过程。
3. 多频率振荡由于C1和R2共同控制着多谐振荡器中信号频率的大小，因此可以通过改变它们的数值来改变信号的频率。
五、总结单稳态多谐振荡器是一种常见的电路，它可以产生多个频率的信号。
本文详细介绍了单稳态多谐振荡器的工作原理，包括开关状态、多谐振荡和多频率振荡等方面。
实验四多谐震荡器及单稳态触发器
复位功能
观察单稳态触发器的复位功能，发现当输入信号下降沿到来时， 输出信号迅速复位。
波形观察
观察单稳态触发器的输出波形，发现波形稳定，无明显失真。
结果分析
多谐震荡器实验结果表明，通过调整R、C参数，可以改变输出频率和占空比，实现 频率和占空比的精确控制。
感谢您的观看
单稳态触发器
单稳态触发器是一种具有记忆功能的电路，它能够在接收到外部信号时从稳态翻 转到暂态，并在一段时间后自动返回稳态。单稳态触发器由电阻器、电容器和晶 体管等元件组成，通过正反馈和定时元件的作用实现暂态的维持和控制。
02 多谐震荡器
多谐震荡器的工作原理
01
振荡原理
多谐震荡器利用正反馈原理，通过在电路中引入适当的延迟，使得电路
多谐震荡器的电路组成
放大器
偏置元件
多谐震荡器通常由一个放大器组成， 用于放大电路中的电压或电流信号。
偏置元件用于为放大器提供静态工作 点，并调节多谐震荡器的振荡幅度和 频率。
反馈网络
反馈网络是多谐震荡器的重要组成部 分，它由电阻、电容和电感等元件组 成，用于产生适当的延迟和正反馈。
多谐震荡器的性能指标
频率测量
通过示波器测量多谐震荡器的输 出频率，得到频率范围为1.2kHz
至1.8kHz，符合理论值。
波形观察
观察多谐震荡器的输出波形，发 现波形稳定，无明显失真。
占空比调整
通过改变多谐震荡器的R、C参数， 观察输出波形的占空比变化，发 现占空比可调范围为50%至70%。
单稳态触发器的实验结果
延时测量
实验四：多谐震荡器及单稳态触发 器
多谐振荡器与触发器
第一稳态
vOபைடு நூலகம்= 1，vO2=0
第二稳态
vI下降 至VTL
vO1= 0，vO2=1
3 ． 回 差 电平的 估算
输出低电平为第一状态； 输出高电平为第二状态。
回差电平： 上限触发电平：
△VT=VTH-VTL
VTH
R1 R2 VT R2
VTL
R1 R2 R VT 1 VDD R2 R2
f0
1 1 T 1.4 RC
通过调换电容 C 的容量来粗调 f 0 ，改变电阻 R 的阻值来细 调 f 0。
TTL集成电路74LS00组 成的RC耦合多谐振荡器如下 图所示，74LS00含有4个与非 门，取用其中的两个可接成 振荡电路，使用时将与非门 的两个输入端接在一起作为 非门使用，电路采用+5V直流 电源供电。
C 放电， vI 2↓，恢复至稳态
二 、 基 本工 作原理
暂态时间：
tw=0.7RC
可重复触发单稳态集成电路产品型号有74LS121、74LS221等。
调换电容 C 的容量来粗调 t w ，改变电阻 R 的阻值来细调 不可重复触发单稳态电路在其暂稳态期间，不接收新的触发脉冲信号。不 tw 。
可重复触发单稳态电路在暂稳态期时，若再次输入触发脉冲信号，可以延
下限触发电平：
二 、 集 成施 密特触 发器
CC4584 为 CMOS 六施密特反相器 。
74LS132 为 TTL 四施密特 与非 门 。
本 章 小 结
1．多谐振荡器是一种能自动输出矩形脉冲的振荡电路，它是由 非 门 和 R C 定 时 元件 ( 或石 英晶体 ) 所组成 。
2．单稳态触发器是常用的波形变换电路，、在外加触发信号作 用下可从稳态翻转为暂稳态，经过一段延时后自动回到稳态。暂 稳 态 持 续 时 间 决 定 于 RC 定 时 元 件 。 单 稳 态 触 发 器 应 用 广 泛 ， 常 用 于对脉冲信号进行整形处理、延时控制，还用于电路的定时控制 等
多谐振荡器单稳态触发器施密特触发器定时器及其
入第二暂态。
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
（2）电路处于uO1低电平，uO高电平状态后，电容C经R先进
行放电，再进行反充电，uI1逐步下降。当uI1 ≤UTH时，电路再次
翻转。G1门关断，输出uO1为高电平；G2门开启，输出uO为低电 平。与此同时， uI1随着uO下跳，电路回到第一暂态。 如此反复 循环，在G2输出端得到振荡方波。
图5-7 集成单稳态触发器74121 (a) 逻辑符号; (b) 外引线图
表5-1 74121的功能表
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
2. 输出脉宽
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
图5-8 74121外接定时元件的方式 (a) 外接Cext和Rext； (b) 外接Cext
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
1)
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
在无触发信号(uI为高电平)时，电路处于稳态。由于R＜ROFF， 因此G2关门，输出uO2为高电平，G1开门，输出uO1为低电平。 2) 当在uI端加触发信号(负脉冲)时，G1关门，uO1跳到高电平。 由于电容C上电压不突变， 使uR也随之上跳，G2开门，uO2变为 低电平并反馈到G1的输入端以维持G1的关门状态，电路进入暂稳
第 5章 脉冲信号的产生 与整形
5.1 多谐振荡器
5.2单稳态触发器
5.3施密特触发器
5.4555定时器及其应用
本章小结
第 5章 脉冲信号的产生 5.1 多 谐 振 荡 器 与整形
5.1.1 由CMOS非门构成的多谐振荡器
图5-1 CMOS门构成的多谐振荡器 (a) 振荡器电路； (b) 工作波形
1.
在数字信号的采集、传输过程中，经常会遇到不规则的脉
单稳态触发器课件
脉冲整形
总结词
单稳态触发器可以对输入的脉冲信号 进行整形，改变其脉冲宽度或脉冲周 期。
详细描述
利用单稳态触发器的暂态保持功能， 可以对输入的脉冲信号进行整形，改 变其脉冲宽度或脉冲周期，以满足不 同电路对脉冲信号的要求。
信号分离
总结词
单稳态触发器可以对复杂的信号进行分离，提取出所需的单个信号。
详细描述
输出信号的特性
输出信号的稳定性
单稳态触发器的输出信号应该是稳定 的，即在触发器触发后，输出信号应 该保持在一个恒定的状态，直到下一 次触发。
输出信号的延迟时间
单稳态触发器有一个延迟时间，即从 输入信号触发到输出信号稳定所需的 时间。延迟时间的长短会影响触发器 的性能，需要根据实际需求进行优化 。
电路参数的设计
分类与比较
分类
根据电路结构和工作原理，单稳 态触发器可分为施密特触发器和 多谐振荡器等类型。
比较
施密特触发器主要用于信号整形 和阈值检测，而多谐振荡器主要 用于产生脉冲信号。
02
单稳态触发器的应用
定时器
总结词
单稳态触发器可以用于产生精确的时间延迟，具有定时功能 。
详细描述
在电路中，单稳态触发器可以在输入信号的作用下，从稳态 翻转到暂态，并在一定时间后自动返回到稳态。这段时间即 为单稳态触发器的定时时间，可以用来实现精确的时间延迟 和定时操作。
特点
单稳态触发器具有暂态和稳态两个工作状态，当输入信号触发时，电路进入暂 态，经过一定时间后自动返回稳态。
工作原理
01
02
03
输入信号触发
当输入信号达到一定幅度 时，单稳态触发器由稳态 转换为暂态。
暂态过程
在暂态过程中，电路输出 信号的幅度和时间由电路 的RC时间常数决定。
数字电子技术 单稳态触发器ppt课件
体感电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输
出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢
复低电平，灯泡熄灭。
+VCC
R
(+Hale Waihona Puke V)该触摸开关可用于夜间定时
100k
84
照明，定时时间可由RC参数 调节。
P
C 100μ
7 6 555 3
2
15
RL
C1 0.01μ
导通，触发555，达到上述效果。
30
11
1. 不可重复触发的集成单稳态触发器 74121
Cext
Rext
Rext/Cext Rint
B
G1
A1
&
A2
G4 &
a G2 &
G5
G6
& ≥1 &
Rint G7 1
G8
1
Q
G9
G3 &
1
Q
触发信号控制电路
触发信号控制电路
微分型单稳态触发器
输出缓冲电路
(a) 逻辑图
微分型单稳触发器
电路的连接： C：外接电容 R：外接电阻或采用内部电阻
③ 由于电路中RC延时环节的作用，暂稳态不能长保持, 经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的 持续时间仅取与RC参数值有关。
4
单稳态触发器的分类
按电路形式不同
门电路组成的单稳态触发器 MSI集成单稳态触发器
用555定时器组成的单稳态触发器
工作特点划分
不可重复触发单稳态触发器 可重复触发单稳态触发器
控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出
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16.3.2 555定时器的应用
二、由555定时器构成单稳态触发器
VC
C
+VCC 8 7 4 CS
RD 4 R +A – 1 R Q
8
TH CO 6 5
（3）A1、A2的输出作为RS 触发器的输入。R=1时， Q=0；S=1时，Q=1
16.3.1 555定时器的工作原理(续)
三、工作原理 功能表 555定时器的功能表 TH 0 > 2VCC < 2VCC
/3
RD 0 1
TR 0 > VCC / 3
< VCC / 3 > VCC / 3
UO
0 0
T
uO 1
T截止
uC 又开始
16.3.2 555定时器的应用(续)
一、由555定时器构成多谐振荡器
uC
+VCC 8 7 R2 + 555 3 6 TH 5 2 TR 1 uo 4
2VCC / 3
VCC / 3
R1
uO
t1
t2
T
C
–
uC
C1
周期:
T t1 t 2 ( R1 R2 )C ln 2 R2C ln 2 ( R1 2 R2 )C ln 2 t1 q 占空比: T
（2）阈值端（TH）和 触发端（TR）的外加输 入信号和两基准电压比 较。当TH > 2VCC / 3 时 ，A1输出高电平；当 TR< VCC / 3 时，A2输 出高电平。反之，两比 较器输出低电平。
R
Q
TR
D
2 7 1 GND R
+ A – 2 T
S
Q
3
UO
（4）RS触发器的反相输出端 经反相驱动后输出UO,即UO=Q (5)当Q=0时,T导通；Q=1时， T截止。
16.3.2 555定时器的应用
二、由555定时器构成单稳态触发器
VC
C
+VCC 8 7 4 CS
RD 4 R +A – 1 R Q
8
TH CO 6 5
R1
3
R
TR D 2 7 1 GND R + A – 2 T S Q UO
ui C
+
–
uC
555 3 6 TH 5 2 TR 1
uo
C1
上电清0：由于CS的作用，上电后uo=0，T导通，uc=0
千岛湖画面属唐庆玉个人创 作，青山緑水蓝天白云，剽 窃必究
第16章 脉冲信号的产生与整形
16.1 由门电路构成的多谐振荡器和
单稳态触发器 16.2 集成单稳74123 16.3 集成定时器555
清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编
2000年4月16日
此课件系清华大学电机系唐庆玉于1997年制作，如发现有人剽窃必究法律责任！
16.3.1 555定时器的工作原理(续) 二、引脚功能
VC
C
1端GND 地
RD 4
2端TR
低电平触发输入
8 TH CV 6 5 R +A – 1 R TR D 2 7 1 GND R + A – 2 T
3端UO
Q
输出
直接清0 电压控制，不用 时经0.01F电容 接地
R
4端RD
3 UO
S
Q
5端CV
0
uA
UT
0
U
t
u3
G1 u1 1 G2 u 2 1 R C A RS G3 1
u3
0
t t t
u1
0
u2
可以推导，输出信号的 周期近似为:
0
uA
UT
0
T 2.2 RC
U
t
T
三、RC耦合式振荡器
R1 C1 R2
uo uo
0
t
1
C2
A
1
uA
0
t
当R1=R2=R , C1=C2=C时 输出信号的周期近似为:
uo保持0
16.3.2 555定时器的应用(续)
一、由555定时器构成多谐振荡器
VC
C
+VCC 8 7 4 uo
RD 4 R +A – 1 R R Q
8
TH CO 6 5
R1
3
TR D
2 7 1 GND R
+ A – 2 T
S
Q
UO
R2
C
+ –
uC
555 3 6 TH 5 2 TR 1
C1
uC 继续 uC VCC 3
u2将随着ui变为0而变为1
uA
UT
0
u2
0
改进型电路
ui
1
u1
R
A
&
u2
(a)
C
&
ui
,
ui
1
u1
R A
&
u2
1
u3
C
( b)
改进的积分型单稳触发器 工作原理
u’i
0
ui
& , ui R 1 u ui 1 1 & u2 A u3
0
t1 t1
t t
C
u1
0
t
t
uA
UT
特点: 输出脉冲宽度不受 输入脉冲宽度的影响
由外部触发后，由稳 定状态变为暂稳态 经延时电路延时后， 又自动返回稳定状态
暂稳态
稳定状态
稳定状态
一、由门电路构成的积分型单稳态触发器 ui u2
0
ui
1
u1
R C
A
&
u1
0
t1
t t t t
ui：外部触发脉冲 当ui=0时 当ui上跳时， u1下跳 因uA不能突变，所以 u2下跳
uA
0
u2
0
Hale Waihona Puke iu31u1
1
u2
1
u3
0
t
缺点: 因门电路传输延迟时间很短（10nS左右），所 以振荡频率太高,并且不可调整。
二、带RC延时电路的多谐振荡器
输出
G1 u1 1
G2 u2 1 R C
A
RS
G3
1
u3
时间常数 RC门电路传输延迟时间 RS：限流电阻，几百
u3 周期：
T 2.2 RC
带RC延时电路的环行振荡器分析
16.3集成定时器555 16.3.1 555定时器的工作原理 16.3.2 555定时器的应用
16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器 16.1.1由门电路构成的多谐振荡器 一、由奇数个非门组成的多谐振荡器 利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门 首尾相接，就可以构成一个简单的多谐振荡器 （环行振荡器）:
16.3 集成定时器555
16.3.1 555定时器的工作原理
一、内部电路组成
VCC 8 CV TH RD 4 R – A1 + R + A – 2 R T R Q
内部电路组成:
(1)分压器(3个R) (2)电压比较器
3 UO
5 6
TR
D
2 7 1 GND
S
Q
(A1、A2）
(3)RS触发器 (4)反相器 (5)晶体管T
RD 4 R +A – 1 R R Q
8
TH CO 6 5
R1
3
TR D
2 7 1 GND R
+ A – 2 T
S
Q
UO
R2
C
+ –
uC
555 3 6 TH 5 2 TR 1
C1
uC 2VCC uC 3
2VCC VCC TH , TR , uo 0 3 3
16.3.2 555定时器的应用(续)
一、由555定时器构成多谐振荡器
VC
C
+VCC 8 7 4 uo
RD 4 R +A – 1 R R Q
8
TH CO 6 5
R1
3
TR D
2 7 1 GND R
+ A – 2 T
S
Q
UO
R2
C
uC
+ –
uC
555 3 6 TH 5 2 TR 1
C1
T导通，uC 放电
2VCC VCC uC 3 3
u3
0
假设：开始时u3=0
G1 u 1 1
G2 u 2 1 R A RS G3 1
t
t t t
u3
u1
0
C
u2
A R1
0
u1
C
uA
UT
0
u2 =0.3V
当uA>UT时，u3不反转
u3
G1 u1 1 G2 u 2 1 R C A RS G3 1
u3
0
t t t
u1
0
u2
当uA=UT时，u3反转，u1、 u2也同时反转
1
u1
R
A
&
u2
ui
0
C
u1下跳后，C放电，uA下降 当uA=UT时，u2上跳，输出 一个宽度为TW的负脉冲 当ui下跳时，u1上跳，C再 充电， uA上升为高电平。
u1
0
t1
t t t t
uA
UT
0
u2
0
TW=1.1RC
TW
ui
缺点：
1
u1
R
C
A